Васильев Ю.С., Саморуков И.С., Хлебников С.Н. Основное энергетическое оборудование гидроэлектростанций. Состав и выбор основных параметров
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования Российской Федерации
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Ю. С. Васильев И. С. Саморуков С. Н. Хлебников
ОСНОВНОЕ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Состав и выбор основных параметров
Учебное пособие
Санкт-Петербург
Издательство СПбГТУ
2002
Министерство образования Российской Федерации
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Ю.С. Васильев И.С. Саморуков С.Н. Хлебников
Посвящается светлой памяти
профессора
Бориса Андреевича
СОКОЛОВА
ОСНОВНОЕ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Состав и выбор основных параметров
Учебное пособие
Санкт-Петербург
Издательство СПбГТУ
2002
УДК 621.31.21
Васильев Ю.С., Саморуков И.С., Хлебников С.Н.
Основное энергети-
ческое оборудование гидроэлектростанций.
Состав и выбор основных па-
раметров: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. 134с.
Пособие соответствует государственному образовательному стан-
дарту дисциплин "Использование водной энергии" и "Гидроэнергети-
ка" направления магистерской и инженерной подготовки 650900 "Элек-
троэнергетика".
Рассмотрены типы, энергетические характеристики, основные ме-
ханические и геометрические параметры турбин, генераторов, гидро-
энергетических установок. Представлены нормативно-справочные ма-
териалы на базе переработанной справочной литературы, отраслевых и
государственных стандартов и по материалам ряда монографий [1—15]:
общие сведения о номенклатуре отечественных гидротурбин и гидроге-
нераторов, условиях их применяемости и основные параметры.
Предназначено для студентов СПбГТУ, изучающих курсы "Гид-
роэнергетика", "Использование водной энергии", "Комплексное ис-
пользование водных ресурсов", а также для курсового и дипломного
проектирования по специальностям 100300 "Гидроэнергетика", 290400
"Гидротехническое строительство", 320500 "Гидромелиорация и ох-
рана земель". Может быть использовано инженерно-техническим пер-
соналом при проведении научно-исследовательских работ и проек-
тировании гидроэнергетических установок, а также аспирантами, за-
нимающимися проблемами гидроэнергетики и гидротехники.
Табл. 14. Ил. 60. Библиогр.: 21 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-
Петербургского государственного технического университета.
© Санкт-Петербургский государственный
технический университет, 2002
ГЛАВА 1
ОСНОВЫ СИСТЕМАТИЗАЦИИ
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
1.1. Типизация гидроэнергетических объектов
При проектировании гидроэлектростанций неизбежно при-
ходится считаться с многообразными природными условия-
ми. Если при проектировании промышленных зданий, в том
числе и тепловых электрических станций, природные усло-
вия занимают подчиненное положение, то при проектирова-
нии ГЭС они имеют решающее значение.
Основные параметры гидроэлектростанций предопределяются
такими природными условиями, как используемый напор и про-
пускаемый расход воды через турбины и водосборы, а конструк-
тивное оформление подводного массива здания в значительной
степени — геологическими и топографическими условиями.
Изучение природных условий дает исходные материалы для
выбора типа и расположения здания, а также его сопряжения с
другими гидротехническими сооружениями. Для решения по-
ставленных задач проектировщику необходимо иметь следую-
щие исходные данные: топографические, геологические и гид-
рологические материалы, включая геотехнические характерис-
тики грунтов; сведения о ледовом (зимнем) режиме реки; о твер-
дом стоке реки. Кроме того, необходимо располагать водохозяй-
ственными расчетами, являющимися основой для определения
энергетических параметров объекта, данными о лабораторных
и полевых исследованиях, а также сведениями о строительно-
хозяйственных условиях строительства.
Большое разнообразие природных условий и значительное
число вопросов, требующих индивидуального разрешения при
проектировании и конструировании здания ГЭС, определяют
трудность проблемы типизации зданий ГЭС. Несмотря на слож-
ность, эта задача выполнима.
Одним из природных факторов, определяющих тип здания
ГЭС, является напор и способ его создания. По способу созда-
ния напора ГЭС разделяются на плотинные и деривационные.
По величине используемого напора плотинные гидроэлект-
ростанции могут быть разделены на:
низконапорные (русловые здания ГЭС) при ≤30 м (иногда до 40 м);
средненапорные (приплотинные здания ГЭС) при Н = 30—150 м;
высоконапорные (приплотинные здания ГЭС) при Н > 150 м.
При деривационной схеме создания напора к средненапор-
ным относят установки с напором 30—300 м, а к высокона-
порным —, более 300 м. В последнее время в практике соору-
жения гидроэлектростанций при строительстве деривацион-
ных ГЭС часто русло реки перекрывается относительно высо-
кими плотинами. Такие схемы создания напора стали назы-
ваться плотинно-деривационными (смешанная схема создания
напора).
По характеру воздействия напора здания гидроэлектростан-
ций подразделяются на два основных типа.
1. Здания гидроэлектростанций, входящие в состав фронта
подпорных сооружений и подвергающиеся одностороннему гид
ростатическому давлению воды со стороны верхнего бьефа. Зда
ния такого типа встречаются главным образом в низконапорных
русловых гидростанциях и в некоторых случаях в низконапор
ных деривационных.
2. Здания гидроэлектростанций, расположенные вне подпор
ных сооружений, с подводом воды к турбинам напорными водо
водами. Такие типы зданий ГЭС встречаются при плотинной
схеме создания напора для средненапорных и высоконапорных
ГЭС, а также при деривационных и плотинно-деривационных
схемах создания напора. Когда здания ГЭС располагаются
непосредственно за плотиной, их называют приплотинными зда-
ниями ГЭС, или приплотинными гидроэлектростанциями.
1.2. Классификация гидроузлов и зданий ГЭС
Гидроузлом
*
называют группу гидротехнических сооружений,
объединенных условиями совместной работы и местоположени-
ем. Гидроузлы, имеющие в своем составе здания гидроэлектро-
станций, классифицируются по следующему ряду признаков.
По способу создания напора выделяют три схемы:
а) плотинную;
б) деривационную;
в) плотинно-деривационную (смешанную).
По назначению:
а) одноцелевые;
б) комплексные.
По участию в создании напора и местоположению относи-
тельно плотины здания ГЭС:
а) русловые;
б) приплотинные;
в) деривационные.
По местоположению относительно поверхности земли:
а) наземные;
б) полуподземные;
в) подземные.
По выполнению зданием ГЭС функций водопропускных со-
оружений:
а) несовмещенные;
б) совмещенные.
По типу водопропускных сооружений совмещенные здания
ГЭС могут быть подразделены на:
а) бычковые;
б) с донными галереями, расположенными ниже или выше тур
бинных камер (оба типа совмещенных зданий встречаются в
низконапорных русловых гидроэлектростанциях с агрегатами
вертикального исполнения);
______________________
* Это жаргонный термин, который прочно вошел в обиход для крат-
кости. Правильнее говорить — узел гидротехнических сооружений.
в)
водосливные —
здания руслового и приплотинного типа,
через крышу которых может производиться сброс паводковых
расходов воды.
По конструкции машинного зала здания ГЭС могут быть
разделены на:
а)
закрытые -
здания с высоким верхним строением (шат-
ром), рассчитанным на размещение внутри машинного зала мо-
стовых или козловых и полукозловых кранов необходимой гру-
зоподъемности;
б)
полуоткрытые (пониженные) —
здания с пониженной вы
сотой верхнего строения, когда кран необходимой грузоподъем-
ности устанавливается снаружи, над зданием ГЭС;
в)
открытые —
здания, у которых верхнее строение отсут-
ствует, а над генераторами устанавливаются съемные перекры-
тия, опирающиеся на верхнюю крестовину генератора или на
перекрытие над турбинным помещением;
г)
встроенные —
здания, встроенные в профиль бетонной или
земляной плотины;
д)
подземные',
е)
полуподземные.
1.3. Функциональные группы технологического
оборудования гидроэнергетических установок
Наименование
функциональных групп Состав функциональных групп
Гидроагрегат ГЭС:
а) гидротурбина в комплекте с
системой автоматического
Основное регулирования, маслонапорной
или гидросиловое установкой (МНУ) и, при
оборудование необходимости, предтурбинным
затвором;
б) гидрогенератор в комплекте с
системой возбуждения и
охлаждения.
Механическое
оборудование
Затворы всех типов любого
назначения. Сороудерживающие
решетки, плавучие заграждения
и другие устройства,
преграждающие доступ
Гидромехани- плавающим телам к
ческое водоприемникам
оборудование электростанций.
Средства для очистки
сороудерживающих решеток и
акваторий перед ними.
Устройства для поддержания
майн.
Подъемно-
транспортное
оборудование
Вспомогательное оборудование
Электротехническое
оборудование
Грузоподъемные краны с
устройством для их испытаний.
Тельферы, лебедки и другие
подъемные и тяговые
механизмы всех типов.
Грузовые тележки.
Системы технического
водоснабжения. Системы
откачки воды из проточной
части гидротурбин и
дренажных колодцев. Системы
масляного хозяйства. Системы
пневматического хозяйства.
Тоководы, соединяющие
синхронные машины с
повышающими
трансформаторами.
Повышающие трансформаторы.
Распределительные устройства.
Связь повышающих
трансформаторов с
распределительным
устройством.
Электротехническое
оборудование
Аппаратура автоматизации,
средства управления и связи
Оборудование системы
возбуждения синхронной
машины (при их отдельной
поставке).
Оборудование помещения ЦПУ
(центрального пульта
управления).
Агрегатные щиты автоматики
агрегатов.
Блочные щиты автоматики и
релейной защиты повышающих
трансформаторов.
Панели (шкафы) управления и
автоматика вспомогательного
оборудования.
Автоматизация
общестанционных процессов
управления (производством и
выдачей электроэнергии).
Автоматизация
основного
оборудования.
Автоматизация
вспомогательного
оборудования.
Связь
(диспетчерская, технологическая,
телетайпная, фототелеграфная,
каналы противоаварийной
автоматики и релейной защиты
и
т. п.).
Компьютерная техника
О выборе и проектировании вспомогательного технологичес-
кого оборудования ГЭС см. в [2, 3, 7,11].
ГЛАВА 2
ГИДРОТУРБИННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО ВЫБОРУ
2.1. Стандартизация турбинного оборудования
В соответствии с международными и отечественными реко-
мендациями [1—21] стандартизация энергетического оборудова-
ния устанавливает систему и тип турбин — область их использо-
вания по напору и дает представление об их основных энергети-
ческих, механических и геометрических параметрах. В данной
работе рассматриваются реактивные турбины трех систем: пово-
ротно-лопастные (ПЛ), радиально-осевые (РО) и диагональные
(Д) (рис. 2.1—2.3). Тип турбины определяется максимальным на-
пором, при котором может быть применена лопастная система.
Область использования различных систем и типов гидротурбин
по напорам следует выбирать руководствуясь табл. 2.1.
РИС. 2.1. Характерные геометрические параметры проточной части
осевой гидротурбины